一张纸对折105次,宇宙真的装不下吗?
比如有一张纸,可以完全折叠,厚度为0.1mm,其他厚度忽略不计。如果对折一次,厚度为0.2mm,再对折一次,厚度为0.4mm……以此类推,对折n次,纸的厚度为:(2 n) 0.1mm。
对折10次,厚度达到0.1米左右,差不多是一把尺子。
对折20次,厚度相当于105米,和民航客机差不多。
对折30次,厚度约107km (107374),差不多出地球了。
折叠50次,厚度约为1.100万公里(11258990842624米)。这个厚度相当于地球到金星的一个往返距离。
对折60次,厚度约为1153万公里(1152921504606846976米)。即使光速达到每秒30万米,光也要用四天半左右。
这才60折。我们继续吧。
对折80次,厚度达到654.38+0.2亿公里,约654.38+0.2亿光年,大概是我们和银河系中心的中点。
对折90次,厚度达到654.38+0.2379万亿公里(如果你愿意,654.38+0.2万亿公里),大约是654.38+0.3亿光年,是银河系直径的654.38+0.000倍!
2的百次方等于:126765060028229401496703205376。用文字来说就是1268万亿公里。简单概念来说,这个数字相当于1370亿光年。从大爆炸到现在(6543.8+037亿年)几乎需要所有的时间,才能让光线从这一叠纸的顶部到达我们的眼睛。
激动人心的时刻终于到来了:
对折100次,厚度达到1268万亿公里,即126765亿公里!!换算成一个很好理解的单位就是654.38+034亿光年。宇宙从点爆炸诞生到现在只有654.38+039亿年的历史,如果再折叠起来会更大。
折叠105次怎么办?
105折叠的厚度真的超过了哈勃体积的直径。但是,如前所述,哈勃体积可能只是宇宙的一小部分,宇宙是不断膨胀的。一张纸折叠105次后,宇宙膨胀了很多,但人类能观测到的是,这930亿光年相当于930亿光年的宇宙直径,一光年等于9460730472580800米。那么一张纸折叠105次的厚度就是428770477341光年。那大约是4288亿光年。对比4288亿光年和930亿光年的宇宙厚度,显然前者更厚。。然而宇宙的直径现在只有930亿光年。
类似的问题,我小学第一次遇到,是一张纸对折30次。能比珠穆朗玛峰还高吗?
当我第一次看到这个问题的时候,我想当然的认为这是不可能的。一张纸有多薄?对折30次怎么可能比珠穆朗玛峰还高?但是经过计算,我意识到我还是太年轻了。
如果一张纸的厚度为0.1 mm,折叠10次的厚度变化过程:0.1-折叠1次-0.2。
0.1倍两倍-0.4
0.1倍3乘以-0.8
0.1-4倍-1.6
0.1-5折-3.2
0.1倍6乘以-6.4
0.1倍7倍-12.8
0.1——折8倍——25.6
0.1-9倍-51.2
0.1倍10倍-102.4
可以看到,一张纸对折10次后,厚度从0.1mm增加到102.4mm,大约是1000次。经过多次计算,可以认为纸每对折1000次,纸的厚度在初始值的基础上增加了约1000倍。为了计算方便,我们将1000次作为一个整数。
所以很明显,如果我们再把它折叠10次(第20次),102.4mm——再把分数截掉,我们就在1000mm的基础上计算——再增加10000次,就变成100000mm,也就是65438。
再折叠10次(第30次),就会达到100000米的厚度,远远高于珠峰8848米的高度,甚至高于珠峰10的重叠。
当这个数字出现的时候,我真的惊呆了。没想到看着一张不起眼的纸,仅仅是连续对折30次,就能得出这么恐怖的数字。当然,在现实生活中,一张纸不可能连续对折30次。很多人做过实验,通常7、8次后就是极限了。
但是,我们可以从数学的角度继续计算,看看一张纸对折105次能否打破宇宙。因为已经计算过,一张纸折叠30次后,厚度会达到100000米,也就是100公里,所以这里继续计算。
计算过程如下(每折叠1000次,增加1000次):100公里-折叠40次-约100000公里,即65438+百万公里。
100公里-50折-约100万公里,即100万公里。
100公里-60倍-约100亿公里。
100公里——折叠70次——约100亿公里。
100公里-80倍-约6543850亿公里。
100公里-90倍-约1万亿公里。
100公里——折叠100次——约100万亿公里。
100公里——翻101倍——约200万亿公里。
100公里——折叠102次——约400万亿公里。
100公里——折叠103次——约800万亿公里。
100公里——折叠104次——约160万公里。
100公里——折叠105次——约3.2亿公里。
一光年大约是9460亿公里,即使是10万亿公里,那么3.2亿公里也足够跑3200亿年了。
目前我们能观测到的宇宙直径只有930亿光年,差不多需要4个宇宙才能放下这张折叠了105次的纸。太神奇了!
首先,我们需要确定宇宙有多大。当然,这个很难确定。这里我们以哈勃体积的直径为标准,也就是930亿光年。
平时我们都把纸作为对折的动作,感觉很简单,甚至下意识的认为一张纸可以随意对折。其实不是这样的。只是一般情况下,我们折叠不超过五次。
那么一张纸最多可以对折几次呢?
纯理论分析,只要一张纸足够长(当然纸越薄越好),总是可以对折的。但现实中,普通纸张很难对折六次。人对折次数最多的是13次,是美国师生用4公里卫生纸完成的,整个过程用了4个小时!
不要以为6倍和13倍差别不大,其实差别很大。每增加一次折叠次数,都是几何数量级的增加。
那么折叠105次后会怎么样呢?
假设一张纸是0.1 mm,对折时厚度增加一倍。通过简单的数学计算很容易得到结果,就是2的n次方。折叠105次后,总厚度将达到416亿光年!远远超过宇宙直径930亿光年,可以轻易放下整个宇宙!